NL8800271A

NL8800271A - DEVICE FOR MEASURING DIMENSIONS.

Info

Publication number: NL8800271A
Application number: NL8800271A
Authority: NL
Original assignee: Tomra Systems As
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1988-02-04
Publication date: 1988-09-16
Also published as: IT1220535B; NL194703C; US4859862A; NO870681L; FR2611263B1; NL194703B; SE467943C; DK88788D0; SE8800301L; DE3804079A1; SE8800301D0; DE3804079C2; DK88788A; NO162830C; NO870681D0; DK167583B1; FR2611263A1; IT8812417A0; SE467943B; NO162830B

Description

jKjK

i r '\ D HO/AM/5 Tomrai r '\ D HO / AM / 5 Tomra

INRICHTING VOOR HET METEN VAN AFMETINGENDEVICE FOR MEASURING DIMENSIONS

De uitvinding betreft een inrichting voor het genereren, detecteren en karakteriseren van een rasterbeeld van de contour van een voorwerp, waarbij een smalle geconcentreerde lichtbundel uitgezonden wordt onder een eerste ver-05 strooiingshoek naar een lichtbundeldeflector, waardoor de lichtbundel herhaaldelijk zwaait in een vlak waardoorheen het voorwerp beweegt en waarbij de lichtbundels die door dat voorwerp niet worden afgeschermd, ontvangen worden en langs opto-elektrische weg worden omgezet in elektrische signalen, 10 die karakteristiek zijn voor de incrementele delen van een rasterbeeld van het voorwerp, welke signalen worden verwerkt om een karakteristieke uitdrukking te verkrijgen van de contour van het voorwerp.The invention relates to a device for generating, detecting and characterizing a raster image of the contour of an object, in which a narrow concentrated light beam is emitted at a first scattering angle to a light beam deflector, whereby the light beam swings repeatedly in a plane through which it object and receiving the beams of light not shielded by that object and opto-electrically converting them into electrical signals characteristic of the incremental parts of a raster image of the object, which signals are processed to produce a characteristic to express the contour of the object.

Een inrichting van het genoemde type is bekend uit 15 US-A-4 055 834 volgens welke de smalle geconcentreerde lichtbundel die wordt toegepast een laserbundel is en waarbij de deflectormiddelen voor de lichtbundel worden gevormd door een roterende spiegel. De niet door het voorwerp afgeschermde lichtbundels worden volgens het Amerikaanse octrooischrift 20 ontvangen door een lichtdetectorkolom omvattende een bepaald aantal optische vezels, die boven elkaar en op een afstand tot elkaar zijn geplaatst, waarbij de respectievelijke licht-opnemende einden van de vezels in een vlak zijn opgesteld met die onderlinge afstand van de lichtdetectorkolom en waarbij 25 de respectievelijke lichtuitzendende einden verzameld zijn in een gemeenschappelijk opto-elektrisch middel. Deze bekende detectorkolom is echter duur en een zorgvuldige opstelling van de kolom is nodig om te waarborgen dat de laserbundel elk afzonderlijk lichtontvangend einde van de respectievelijke 30 optische vezels kan bereiken.An apparatus of the said type is known from US-A-4 055 834 according to which the narrow concentrated light beam used is a laser beam and wherein the deflector means for the light beam are formed by a rotating mirror. The light beams not shielded by the object are received according to U.S. Patent 20 through a light detector column comprising a plurality of optical fibers arranged one above the other and spaced apart, the respective light-absorbing ends of the fibers being in one plane arranged at that mutual distance from the light detector column and wherein the respective light emitting ends are collected in a common optoelectric means. However, this known detector column is expensive and careful column arrangement is required to ensure that the laser beam can reach each individual light receiving end of the respective optical fibers.

Het is het doel van de uitvinding de bekende inrichting te verbeteren, door een technische vereenvoudiging van de inrichting zonder het resultaat van de detectie nadelig te beïnvloeden, en de gehele inrichting minder kostbaar 35 te maken.It is the object of the invention to improve the known device, by a technical simplification of the device without adversely affecting the result of the detection, and to make the entire device less expensive.

.8800271 Ά -2-.8800271 Ά -2-

Volgens de uitvinding is de bovengenoemde inrichting gekarakteriseerd door het feit dat een retro-reflector is aangebracht, zodanig dat de lichtbundels die niet afge-schermd worden door het voorwerp teruggekaatst worden in dat 05 vlak en dat een detector de gereflecteerde lichtbundels detecteert en ze omzet in de elektrische signalen.According to the invention, the above-mentioned device is characterized by the fact that a retro-reflector is arranged, such that the light beams not shielded by the object are reflected in that 05 plane and that a detector detects the reflected light beams and converts them into the electrical signals.

Andere kenmerken van de uitvinding zullen duidelijk worden uit de conclusies alsmede uit de beschrijving aan de hand van de tekeningen van uitvoeringsvoorbeelden. In de 10 tekeningen toont: fig. 1 een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding met een eerste type retro-reflector, fig. 2 een modificatie van de retro-reflector uit 15 fig. 1, fig. 2a een modificatie van fig. 1 voorzien van de retro-reflector volgens figuur 2, fig.3 een schematisch bovenaanzicht van de bewe-gingsbaan van een voorwerp, dat de inrichting volgens figuren 20 1 en 2 moet passeren, fig. 4 een modificatie van de inrichting uit fig. 1 (en 2) met de bewegingsbaan van een voorwerp dat de inrichting volgens de uitvinding moet passeren, fig. 5 de lichtbundels die uitgezonden worden uit 25 de lichtbundel deflecterende middelen en gereflecteerde lichtbundels die aankomen op de lichtdetectormiddelen, fig. 6 een modificatie van fig. 5, fig. 7 een modificatie van fig. 6, fig. 8 een schematische benadering volgens welke 30 het lichtbundelzwaaivlak beweegt in een tweede vlak dat loodrecht op het zwaaivlak staat, fig. 9 een modificatie van de inrichting volgens fig. 8, fig. 10 een modificatie van de inrichting volgens 35 de figuren 1 en 4 gebruikmakend van een collimerend optisch element, dat ervoor zorgt dat de lichtbundels vrijwel evenwijdig verlopen langs de aftastende zone.Other features of the invention will become apparent from the claims and from the description with reference to the drawings of exemplary embodiments. In the drawings: Fig. 1 shows a first embodiment of a device according to the invention with a first type of retro reflector, Fig. 2 shows a modification of the retro reflector from Fig. 1, Fig. 2a shows a modification of Fig. 1 provided with the retro-reflector according to figure 2, fig. 3 a schematic top view of the movement path of an object, which the device according to figures 20 1 and 2 must pass, fig. 4 a modification of the device of fig. 1 (and 2) with the path of movement of an object to pass the device according to the invention, fig. 5 the light beams emitted from the light beam deflecting means and reflected light beams arriving on the light detector means, fig. 6 a modification of fig. 5, FIG. 7 is a modification of FIG. 6, FIG. 8 is a schematic approach according to which the light beam swing plane moves in a second plane which is perpendicular to the swing plane, FIG. 9 is a modification of the device of FIG. 8, FIG. 10 is a modification of the device of FIGS. 1 and 4 using a collimating optical element, which causes the light beams to run nearly parallel along the scanning zone.

Een smalle lichtbundel 1 wordt uitgezonden vanuit .6800271 *ί -3- een lichtbron 2, die werkzaam is in een continu bedrijf in de uitvoering volgens fig. 1. De lichtbron kan een laser, een lichtemitterende diode of een andere lichtbron zijn welke geen laser is. Voorbeelden van lasers, die genoemd worden, 05 zijn een laserdiode, een halfgeleiderlaser, een kleurlaser, een gaslaser. Indien een laserdiode, een LED of een andere lichtbron welke geen laser is, wordt gebruikt, moet een col-limerende lens aanwezig zijn voor de lichtbron om te waarborgen dat wat wordt uitgezonden uit een lichtbron 2 een smalle 10 geconcentreerde lichtbundel is. De lichtbundel moet zwaaien over een hoek oc met behulp van een licht afbuigend middel 3, dat is voorzien van roterende spiegels. In de tekening zijn de lichtafbuigende middelen voorzien van vier spiegelvlakken maar ook kunnen meer of minder spiegelvlakken worden ge-15 bruikt. Lichtafbuigende middelen 3 worden aangedreven door een motor 4, die een regelbare snelheid heeft.A narrow light beam 1 is emitted from .6800271 * ί -3- a light source 2, which operates in continuous operation in the embodiment shown in Fig. 1. The light source may be a laser, a light-emitting diode or other light source which is not a laser is. Examples of lasers mentioned are 05, a laser diode, a semiconductor laser, a color laser, a gas laser. If a laser diode, an LED or other non-laser light source is used, a collimating lens must be provided in front of the light source to ensure that what is emitted from a light source 2 is a narrow concentrated light beam. The light beam must swing through an angle oc using a light deflecting means 3, which is provided with rotating mirrors. In the drawing, the light-deflecting means are provided with four mirror surfaces, but more or less mirror surfaces can also be used. Light-deflecting means 3 are driven by a motor 4, which has an adjustable speed.

in een modificatie van fig. 1 kan de spiegel oscilleren in plaats van roteren.in a modification of Fig. 1, the mirror can oscillate instead of rotate.

Zoals duidelijk zal zijn uit fig. 1, wordt de 20 lichtbundel 1 uitgezonden door de lichtafbuigende middelen 3 in de vorm van een smalle geconcentreerde lichtbundel 11, die gericht is op een retro-reflector 5. De retro-reflector in fig. 1 is in deze uitvoeringsvorm voorzien van een aantal smalle niet-reflecterende stroken 6, die onderling op afstand 25 van elkaar zijn opgesteld. De bovenste en benedenste retro-reflector zijn voorzien van niet-reflecterende zones, aangegeven met respectievelijk de verwijzingscijfers 7 en 8. Het doel van de niet-reflecterende zones 7 en 8 is om het begin en het einde van het actieve deel (stroken 9) van de retro-30 reflector 5 aan te geven.As will be apparent from Fig. 1, the light beam 1 is emitted by the light-deflecting means 3 in the form of a narrow concentrated light beam 11, which is aimed at a retro reflector 5. The retro reflector in Fig. 1 is this embodiment provided with a number of narrow non-reflecting strips 6, which are arranged at a distance from each other. The top and bottom retro reflectors have non-reflective zones, denoted by reference numbers 7 and 8 respectively. The purpose of the non-reflective zones 7 and 8 is to mark the beginning and end of the active part (strips 9) of the retro-30 reflector 5.

De retro-reflector 5 kan bestaan uit een conventioneel reflecterend materiaal waarop de stroken 6 en een niet-reflecterende zone 7, 8 aanwezig zijn. Het doel van de stroken 6 is het vormen van corresponderende tussengelegen stro-35 ken 9, die reflecterend zijn, zodat de gereflecteerde lichtbundels 10 zullen aankomen op een opto-elektrische detector 11 op intermitterende wijze, aangezien de zwaaiende lichtbundel l' alleen gereflecteerd wordt door de stroken 9. Het zal .8800271 -ψ 'Λ -4- duidelijk zijn dat de inrichting uit de figuren 1-4 in het genoemde Amerikaanse octrooischrift 4 055 834 op deze wijze kan worden vervangen door de bovenbeschreven inrichting. De inrichtingen uit het Amerikaanse octrooischrift die beschre-05 ven zijn aan de hand van de figuren 6a, 6b, 7, 8, 10, 11, 12 (met inbegrip van de uitgang van de fotodiode 6) en de figuren 13 en 14, die in dit octrooischrift zijn aangegeven, kunnen vanzelfsprekend worden gebruikt in de onderhavige uitvinding voor verdere signaalverwerking voor de signalen die ver-10 schijnen aan de uitgang 12 van de opto-elektrische fotodetec-tor 11. Zoals blijkt uit fig. 1 zullen de gereflecteerde lichtbundels 10 de detector 11 treffen onder een grotere ver-spreidingshoek, dan die van de lichtbundel 1', wanneer deze geëmitteerd wordt uit de lichtdeflecterende middelen 3. De 15 verspreidingshoek van de lichtbundel 10 is zodanig groot, dat zelfs alhoewel de lichtdeflecterende middelen 3 een deel van de lichtkegel 10 afschermen, een deel van de lichtbundel 10 nog steeds de detector 11 zal treffen. De detector 11 moet een voldoende lichtontvangend oppervlak bezitten om te waar-20 borgen dat ten minste een deel van de lichtbundel 10 ontvangen wordt, in dit opzicht wordt gerefereerd aan fig. 5. Op de detector 11 die van een conventioneel type kan zijn en derhalve slechts schematisch is aangeduid, is het licht uit de lichtbundel 10 dat de detector 11 aangegeven door korte pij-25 len respectievelijk met getrokken en onderbroken lijnen en aangeduid door respectievelijk de verwijzingscijfers 13 en 13'. Zelfs alhoewel de lichtdeflecterende middelen 3 een deel van de gereflecteerde lichtbundel 10 afschermen (zie verwij-zingscijfers 14, 14'), zal nog steeds een aanzienlijk deel 30 van de gereflecteerde lichtbundel 10 de detector 11 treffen.The retro reflector 5 may consist of a conventional reflective material on which the strips 6 and a non-reflective zone 7, 8 are present. The purpose of the strips 6 is to form corresponding intermediate strips 9, which are reflective, so that the reflected light beams 10 will arrive on an optoelectric detector 11 in an intermittent manner, since the sweeping light beam 1 'is reflected only by strips 9. It will be appreciated that the device of Figures 1-4 in the aforementioned U.S. Patent 4,055,834 can be replaced in this way by the device described above. The U.S. patent devices described with reference to Figures 6a, 6b, 7, 8, 10, 11, 12 (including the output of the photodiode 6) and Figures 13 and 14, which indicated in this patent can of course be used in the present invention for further signal processing for the signals appearing at the output 12 of the optoelectric photodetector 11. As shown in Fig. 1, the reflected light beams 10 the detector 11 hits at a wider diffusion angle than that of the light beam 1 'when it is emitted from the light-deflecting means 3. The diffusion angle of the light beam 10 is so great that even though the light-deflecting means 3 is a part of shield the light cone 10, part of the light beam 10 will still hit the detector 11. The detector 11 must have a sufficient light receiving surface to ensure that at least part of the light beam 10 is received, in this respect reference is made to Fig. 5. Detector 11 which may be of a conventional type and therefore indicated only schematically, the light from the light beam 10 is that the detector 11 is indicated by short arrows with solid and dashed lines, respectively, and indicated by reference numerals 13 and 13 ', respectively. Even though the light deflecting means 3 shields a portion of the reflected light beam 10 (see reference numerals 14, 14 '), a significant portion 30 of the reflected light beam 10 will still strike the detector 11.

Wanneer de detector 11 dus aan de achterzijde van de lichtdeflecterende middelen 3 is geplaatst, zoals de figuren 1 en 5 tonen, zal een detector 11 detecteren of lichtbundels l', die gericht zijn naar de reflecterende stroken op de 35 retro-reflector, als bundels 10 worden gereflecteerd. Het feit dat de lichtbundel 10 een grotere verspreidingshoek zal hebben (ten gevolge van de natuurlijke eigenschappen van de retro-reflector) dan de lichtbundel 1', die invalt op de .8800271 -5- retro-reflector is geen nadeel van de uitvinding maar juist een essentieel kenmerk ervan, aangezien een terugkerende te nauwe lichtbundel vrijwel volledig afgeschermd zou zijn door de lichtdeflecterende middelen 3 volgens de uitvoeringsvorm 05 van de figuren 1 en 5. Het is dus een voorwaarde van de uitvoeringsvorm van fig. 5 dat de tweede verspreidingshoek voldoende groot is.Thus, when the detector 11 is placed at the rear of the light-deflecting means 3, as shown in Figures 1 and 5, a detector 11 will detect whether light beams 1 'directed towards the reflecting strips on the retro-reflector, as beams 10 are reflected. The fact that the light beam 10 will have a wider dispersion angle (due to the natural properties of the retro reflector) than the light beam 1 'incident on the .8800271 -5 retro reflector is not a drawback of the invention but rather an essential feature thereof, since a returning too narrow light beam would be almost completely shielded by the light-deflecting means 3 according to the embodiment 05 of Figures 1 and 5. It is thus a condition of the embodiment of Figure 5 that the second angle of distribution is sufficiently large is.

indien deze tweede verspreidingshoek niet groot genoeg is of indien om andere reden deze niet geschikt is om de 10 detector dicht achter de lichtdeflector te plaatsen, kan een concept zoals is aangegeven in fig. 6 worden gebruikt. In deze modificatie van de opstelling van de detector en lichtde-flectormiddelen is een bundelsplitser 15 schuin in de lichtbaan 1' geplaatst. Detector 11 is zodanig opgesteld dat 15 lichtbundels 10 die gereflecteerd worden door de retro-re-flector worden afgebogen bijvoorbeeld 90° naar de detector ll en een gereflecteerde, gedeflecteerde lichtbundel 10' vormen. Een deel van de gereflecteerde lichtbundel zal vallen door de bundelsplitser 15 als een lichtbundel 10'', welke 20 niet gebruikt kan worden.if this second dispersion angle is not large enough or if for other reasons it is not suitable for placing the detector close behind the light deflector, a concept as shown in fig. 6 can be used. In this modification of the arrangement of the detector and light deflector means, a beam splitter 15 is placed obliquely in the light path 1 '. Detector 11 is arranged such that 15 light beams 10 reflected from the retro-reflector are deflected, for example, 90 ° to detector 11 and form a reflected, reflected light beam 10 '. Part of the reflected light beam will fall through the beam splitter 15 as a light beam 10 '' which cannot be used.

Een deel van de zwaaiende lichtbundel 1* zal dienovereenkomstig worden af gebogen, bij voorkeur onder een hoek van 90°, met behulp van de bundelsplitser 15, welke een lichtbundel 1' vormt, terwijl een ander deel van de zwaaiende 25 lichtbundel 1' door de bundelsplitser 15 zal vallen als een lichtbundel 1''' in de richting van de retro-reflector. Het zal voldoende zijn om de bundelsplitser 15 op een gelijke afstand te plaatsen van de lichtbundeldeflectormiddelen en de detector 11.A part of the swinging light beam 1 * will be bent accordingly, preferably at an angle of 90 °, using the beam splitter 15, which forms a light beam 1 ', while another part of the swinging light beam 1' through the beam splitter 15 will fall as a light beam 1 '' 'towards the retro reflector. It will suffice to place the beam splitter 15 an equal distance from the light beam deflector means and the detector 11.

30 In fig. 7 is een modificatie van het concept vol gens fig. 6 getekend. Een schuinstaande spiegel 16 is opgesteld en voorzien van een gleuf 17 waardoorheen de zwaaiende lichtbundel 1* kan vallen. De lichtbundels 10 die gereflecteerd worden door de retro-reflector zal worden afgebogen 35 door een schuine spiegel 16, bij voorkeur onder een hoek van 90° naar de detector 11. Op deze wijze kan de detector 11 nagenoeg al het gereflecteerde licht 10 ontvangen. In het concept volgens fig. 7 is een kleinere lichtsterkte voor de .8800271 * * -6- lichtbundel 1' nodig dan in het geval van de lichtbundel 1' volgens fig, 6.Fig. 7 shows a modification of the concept according to Fig. 6. An inclined mirror 16 is arranged and provided with a slot 17 through which the swinging light beam 1 * can fall. The light beams 10 reflected by the retro-reflector will be deflected 35 by an oblique mirror 16, preferably at an angle of 90 ° to the detector 11. In this way, the detector 11 can receive almost all the reflected light 10. In the concept according to Fig. 7, a smaller brightness for the .8800271 * * -6- light beam 1 'is needed than in the case of the light beam 1' according to Fig. 6.

De opto-elektrische detector ll zal op de genoemde uitgang 12 herhaaldelijk karakteristieke signalen met de in-05 crementele delen van een rasterbeeld van het voorwerp 18 afgeven (zie de figuren 3 en 4) welke door het detectievlak 19 van deze inrichting vallen (zie figuren 3 en 4). De karakteristieke signalen zullen in het algemeen de vorm van puls-treinen hebben met pulsen die optreden met dezelfde frequen-10 tie als waarmee de lichtbundels gereflecteerd worden door de retro-reflector 5.The optoelectric detector 11 will repeatedly output at said output 12 characteristic signals with the incremental parts of a raster image of the object 18 (see Figures 3 and 4) which pass through the detection plane 19 of this device (see Figures 3 and 4). The characteristic signals will generally be in the form of pulse trains with pulses occurring at the same frequency with which the light beams are reflected by the retro reflector 5.

De signaalverwerking kan geschieden op dezelfde wijze als beschreven is in het Amerikaanse octrooischrift 4 055 834 met dezelfde eenheden als in deze beschrijving wor-. 15 den aangegeven. Het Amerikaanse octrooischrift wordt dus als opgenomen beschouwd in de onderhavige beschrijving met name wat betreft de weergave in die beschrijving in samenhang met de figuren 6-14, met als uitzondering fig. 12, waarbij de beschrijving slechts in verband staat met wat wordt aangegeven 20 betreffende de signaalverwerking van de opto-elektrische detector. Voor de eenvoud zijn de signaalverwerkende circuits in verband met de onderhavige inrichting alleen aangeduid door het verwijzingscijfer 20 (zie fig. 1), aangezien een programmeringseenheid 21 voor de signaalverwerkende schake-25 lingen aanwezig kan zijn. Communicatie tussen de eenheden 20 en 21 geschiedt via de gegevensbus 22. De signaalverwerkings-eenheid 20 is gekoppeld met een weergeef- en/of besturingspa-neel 23 via een informatiebus 24. De signaalverbinding tussen de uitgang 12 van de detector 11 en de signaalverwerkingseen-30 heid 20 loopt via een verbinding 25.Signal processing may be done in the same manner as described in U.S. Patent 4,055,834 with the same units as herein. 15 den indicated. Thus, the US patent is considered to be included in the present disclosure in particular as to the representation in that disclosure in conjunction with FIGS. 6-14, with the exception of FIG. 12, the disclosure being associated only with what is indicated the signal processing of the optoelectric detector. For the sake of simplicity, the signal processing circuits associated with the present device are indicated only by the reference numeral 20 (see FIG. 1), since a programming unit 21 for the signal processing circuits may be provided. Communication between units 20 and 21 takes place via data bus 22. The signal processing unit 20 is coupled to a display and / or control panel 23 via an information bus 24. The signal connection between the output 12 of the detector 11 and the signal processing unit 30th 20 runs through a connection 25.

Wat is opgenomen in de lichtbundelzender 2, de signaal verwerkingseenheid 20, 21, 23 met bijbehorende transmis-siemiddelen 22, 24 en 25 alsmede detector 11, de lichtdeflec-tor 3, mogelijkerwijs met de bundelsplitser 15 in fig. 6 op 35‘de spiegel 16 in fig. 7 is gemeenschappelijk aangeduid met 26 in de figuren 3 en 4. In het concept van fig. 4 laat men de lichtbundel l' zwaaien naar een schuinstaande spiegel 27, waarna de lichtbundel 1' afgebogen wordt in de richting van .8800271 -7- de retro-reflector 5. De lichtbundels l' die niet beschermd worden door het voorwerp 18 dat beweegt door de detectiezone 19 zal gereflecteerd worden door de retro-reflector als lichtbundels 10. De eenheid 26 in de figuren 3 en 4 kunnen 05 mogelijkerwijze zodanig worden ontworpen, dat de signaalver-werkings- en besturingsapparatuur 20, 21 en 23 wordt geleverd als een afzonderlijke eenheid op een plaats op afstand van de in de figuren 3 en 4 schematisch aangegeven inrichting. In fig. 4 wordt een voorwerp 18, bijvoorbeeld een vloeistof be-10 vattende houder, ingebracht op A en verlaat deze de apparatuur bij B. Met behulp van het deflectoroppervlak 28 wordt het voorwerp 18 ingebracht op een draaitafel 29 en dan langs het detectievlak 29 op de bovenaangegeven wijze bewogen, waarbij het voorwerp 18 uit de inrichting wordt geleid via de 15 geleidingsplaat 30 en indien gewenst wordt een verdere transporteur (niet getekend) buiten de draaitafel 29 geplaatst.What is included in the light beam transmitter 2, the signal processing unit 20, 21, 23 with associated transmission means 22, 24 and 25 as well as detector 11, the light deflector 3, possibly with the beam splitter 15 in Fig. 6 on the mirror 16 in FIG. 7 is commonly indicated by 26 in FIGS. 3 and 4. In the concept of FIG. 4, the light beam 1 'is caused to swing to an inclined mirror 27, after which the light beam 1' is deflected in the direction of .8800271. -7- the retro reflector 5. The light beams 1 'not protected by the object 18 moving through the detection zone 19 will be reflected by the retro reflector as light beams 10. The unit 26 in Figures 3 and 4 may be 05 possibly be designed such that the signal processing and control equipment 20, 21 and 23 is provided as a separate unit at a location remote from the device schematically shown in Figures 3 and 4. In Fig. 4, an object 18, for example a liquid-containing container, is introduced on A and exits the equipment at B. Using the deflector surface 28, the object 18 is introduced on a turntable 29 and then along the detection plane 29 moved in the manner indicated above, the object 18 being guided out of the device via the guide plate 30 and, if desired, a further conveyor (not shown) being placed outside the turntable 29.

Het zal echter duidelijk zijn dat de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot het transport van het voorwerp langs de baan A-B met behulp van een draaitafel, maar dat een concept 20 volgens fig. 3 met een transporteur 31 ook mogelijk is. Het concept volgens fig. 4 echter maakt een relatief smalle de-flectiehoek OC vanaf de lichtzender 2 mogelij k. De baan van de lichtbundel 1' kan dus worden vergroot met behulp van de spiegel 27 hetgeen resulteert in een kleine gevoeligheid voor 25 de parallaxfout, dat wil zeggen de gevoeligheid voor de afstand tussen voorwerp 18 en de retro-reflector. Indien de eenheid 26 direkt in de positie van de spiegel 27 is geplaatst en deze wordt verwijderd, zal dit een grotere hoek cc betekenen en een grotere parallaxfout met dezelfde hoogte van 30 de retro-reflector.It will be clear, however, that the present invention is not limited to the transport of the object along the track A-B using a turntable, but that a concept 20 according to Fig. 3 with a conveyor 31 is also possible. However, the concept of FIG. 4 allows for a relatively narrow angle of deflection OC from the light emitter 2. Thus, the trajectory of the light beam 1 'can be increased with the aid of the mirror 27, resulting in a small sensitivity to the parallax error, ie the sensitivity to the distance between object 18 and the retro-reflector. If the unit 26 is placed directly in the position of the mirror 27 and it is removed, this will mean a larger angle cc and a larger parallax error with the same height of the retro reflector.

De bovengenoemde beschrijving werd gemaakt onder de aanname dat de uitgezonden zwaaiende lichtbundel 1' een continue lichtbundel is die een retro-reflector van het type volgens fig. 1 treft, dat wil zeggen waarbij het reflecte-35 rende materiaal is voorzien van een aantal smalle niet-re-flecterende stroken 6, die geplaatst zijn over de zwaairich-ting van de bundel 1'. In de uitvoering uit fig. l heeft het reflecterende materiaal de vorm van een band. De aandacht .8800271The above description was made on the assumption that the emitted sweeping light beam 1 'is a continuous light beam which strikes a retro-reflector of the type shown in Fig. 1, ie the reflective material is provided with a number of narrow reflective strips 6 placed over the direction of swing of the beam 1 '. In the embodiment of Fig. 1, the reflective material has the shape of a tape. Attention .8800271

Aa

•W• W

-8- wordt er echter op gevestigd dat het reflecterende materiaal elke gewenste afmeting in de horizontale en verticale richting kan hebben en dat de uitvoeringsvorm van fig. 1 niet als een beperking van de uitvinding kan worden opgevat. Als βίο 5 ternatief voor het concept uit fig. l omvattende reflecterend materiaal met een aantal smalle niet-reflecterende stroken, wordt volgens de uitvinding voorgesteld om een retro-reflec-tor van een niet-behandeld reflecterend materiaal te gebruiken, zoals in fig. 2 door het verwijzingscijfer 32 is aange-10 duid.However, it is pointed out that the reflective material may have any desired dimension in the horizontal and vertical directions and that the embodiment of Fig. 1 cannot be construed as a limitation of the invention. As a βίο 5 alternative to the concept of fig. 1 comprising reflective material with a number of narrow non-reflective strips, it is proposed according to the invention to use a retro reflector of an untreated reflective material, as in fig. 2 reference numeral 32 designates.

indien het gewenst is om een continue lichtbundel 1 uit de lichtzender 2 in plaats van een retro-reflector van het type volgens fig. 2 te gebruiken, is een transversaal raster 33 (aangegeven in streep-puntlijnen in fig. 3 en in 15 perspectief in fig. 2a) nodig. Een dergelijk raster omvat afwisselend doorzichtige en niet-doorzichtige stroken 34 en 35. Deze stroken alsmede bovenste en benedenste blokkerings-zones respectievelijk 36 en 39 zullen in feite dezelfde functie hebben als de speciaal ontworpen retro-reflector 5 uit 20 fig. 1. Op deze wijze zullen de lichtbundels 1' die de retro-reflector 32 treffen, intermitterend zijn en zullen de gereflecteerde lichtbundels (niet getekend) in fig. 2a die door het raster 33 vallen de detector 11 op de bovenbeschreven wijze treffen. Met een concept volgens fig. 2a zal het dus 25 mogelijk zijn om een retro-reflector 32 te gebruiken, welke geen speciale behandeling vereisen. Het raster 33 kan worden gevormd met een oplossend vermogen dat afhankelijk is van de vereisten die gesteld worden aan detectie.if it is desired to use a continuous light beam 1 from the light emitter 2 instead of a retro reflector of the type shown in Fig. 2, a transverse grating 33 (shown in dashed-dotted lines in Fig. 3 and in perspective view 2a). Such a grating alternately comprises transparent and non-transparent strips 34 and 35. These strips as well as upper and lower blocking zones 36 and 39, respectively, will in fact have the same function as the specially designed retro-reflector 5 of fig. 1. On this In this way, the light beams 1 'hitting the retro-reflector 32 will be intermittent and the reflected light beams (not shown) in Fig. 2a passing through the grating 33 will strike the detector 11 as described above. Thus, with a concept according to Fig. 2a it will be possible to use a retro reflector 32, which does not require any special treatment. Grid 33 can be formed with a resolution depending on the detection requirements.

Met het concept zoals getoond in samenhang met de 30 retro-reflector 32 in fig. 2 en met dezelfde technische benadering als in hierboven is beschreven aan de hand van de figuren 1, 3-7, kan het van voordeel zijn gepulseerd licht 1 voor de zwaaiende lichtbundel 1' te gebruiken. In een dergelijke uitvoeringsvorm kan een bestuurbare laserdiode bijvoor-35 beeld worden gebruikt en zijn voorzien van een collimerende lens. In dit verband zou een besturingsverbinding 38 (zie fig. 1) nodig zijn tussen de signaalverwerkingseenheid 20 en een lichtemitter 2. De signaalverwerkende eenheid 20 kan dus ___________________Λ .8800271 -9- de pulsatiefrequentie van de lichtbundel 1 bepalen. Het is echter van belang dat de motor 4 van de roterende spiegel 3 een stabiele bekende snelheid heeft. Dit kan worden verkregen door het gebruik van motoren van een type dat op zichzelf met 05 dergelijke eigenschappen bekend is. Een andere mogelijkheid is, in het geval dat het licht 1 niet pulserend is, het meten van de ontvangen signaalsterkte op discrete voorafbepaalde tijdstippen. In dit geval moeten dezelfde eisen aan de motor 4 worden gesteld.With the concept as shown in conjunction with the retro reflector 32 in Figure 2 and with the same technical approach as described above with reference to Figures 1, 3-7, it may be advantageous to use pulsed light 1 for the swinging beam 1 '. In such an embodiment, a controllable laser diode can for example be used and be provided with a collimating lens. In this connection, a control link 38 (see FIG. 1) would be required between the signal processing unit 20 and a light emitter 2. The signal processing unit 20 can thus determine the pulsation frequency of the light beam 1. However, it is important that the motor 4 of the rotating mirror 3 has a stable known speed. This can be achieved by using engines of a type known per se with such properties. Another possibility, in case the light 1 is not pulsating, is to measure the received signal strength at discrete predetermined times. In this case, the same requirements must be imposed on the motor 4.

10 Fig. 8 toont hoe twee-dimensionale aftasting kan worden uitgevoerd. Het gebruik van een pulserende lichtbundel 1' die op de bovenbeschreven wijze wordt afgebogen door de lichtbundeldeflector 3, kan geschikt zijn en wordt aangeduid door een roterende spiegel die door de motor 4 wordt aange-15 dreven. De zwaaiende lichtbundel l‘ treft de spiegel 27' en wordt naar de retro-reflector 32 afgebogen. In dit verband wordt gerefereerd aan de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 waarin de spiegel 27 stationair is. Indien de spiegel 27 beweegbaar was rond een as loodrecht op een vlak van de tekening 20 zou hetzelfde mogelijk worden als aangeduid is in fig. 8. In fig. 8 is de spiegel aangegeven met 27' en geeft de dubbele pijl 39 aan dat de spiegel naar voren of naar achteren kan hellen. In de uitvoering volgens fig. 8 zal de zwaaiende lichtbundel 1' bewegen in de richting van de pijl 40, terwijl 25 het hellen van de spiegel 27' zal resulteren in een op- en neergaande beweging in de richting van de pijl 42 op de retro-reflector 32 door de lichtbundel die is aangegeven als een puntlijn 41 op de retro-reflector 32. Een puntraster wordt op deze wijze op de retro-reflector 32 verkregen. Wan-30 neer een voorwerp door de baan van de zwaaiende lichtbundel 1' beweegt, zal een puntrasterbeeld van de contour van het voorwerp dus worden gevormd op de retro-reflector 32, welk puntrasterbeeld gereflecteerd wordt door de retro-reflector 32 als bundels 10, die via de spiegel 27 naar de lichtdetec-35 tor ll bewegen. Tengevolge van de verspreidingshoek van de lichtbundel 10 zal de lichtdeflecterende eenheid 3 zoals in het voorgaande is genoemd geen belangrijk afschermend effekt hebben wat betreft de detectie op de detector 11. Een verder- .8800271 -10- gaande signaalverwerking van de signalen die uit de detector 11 komen, wordt uitgevoerd als in het voorgaande is vermeld in samenhang met de voorgaande figuren. De frequentie van het hellen van de motor 43 die de spiegel 27' stuurt en de rota-05 tiesnelheid van de spiegel 3 moeten vanzelfsprekend bekend zijn aan de signaalverwerkingseenheid 20.FIG. 8 shows how two-dimensional scanning can be performed. The use of a pulsating light beam 1 'diffracted by the light beam deflector 3 as described above may be suitable and is indicated by a rotating mirror driven by the motor 4. The swinging light beam 1 "hits the mirror 27" and is deflected towards the retro reflector 32. In this connection reference is made to the embodiment according to Fig. 4 in which the mirror 27 is stationary. If the mirror 27 were movable about an axis perpendicular to a plane of the drawing 20, the same would become as indicated in Fig. 8. In Fig. 8, the mirror is indicated by 27 'and the double arrow 39 indicates that the mirror can lean forward or backward. In the embodiment of Fig. 8, the swinging light beam 1 'will move in the direction of the arrow 40, while tilting the mirror 27' will result in an up and down movement in the direction of the arrow 42 on the retro reflector 32 by the light beam indicated as a dot line 41 on the retro reflector 32. A dot grid is thus obtained on the retro reflector 32. Thus, when an object moves through the path of the sweeping light beam 1 ', a dot raster image of the contour of the object will be formed on the retro reflector 32, which dot raster image is reflected by the retro reflector 32 as beams 10, which move via the mirror 27 to the light detector 35 ll. Due to the distribution angle of the light beam 10, the light-deflecting unit 3 as mentioned above will have no significant shielding effect as regards detection on the detector 11. A further signal processing of the signals coming from the detector 11 is carried out as stated above in connection with the preceding figures. The frequency of the tilting of the motor 43 controlling the mirror 27 'and the rotation speed of the mirror 3 must of course be known to the signal processing unit 20.

In fig. 9 is een variant van de uitvoering uit fig. 8 getekend waarbij een fles 18 op een transportband 31 beweegt. Een lichtbundel l wordt geëmitteerd uit de licht-10 emitter 2 en gedeflecteerd door de lichtdeflector 3, die door de motor 4 wordt aangedreven. Een detector 11 met de bijbehorende versterker 11' (niet getekend in de voorgaande figuren) is eveneens aanwezig. In het concept volgens fig. 9 moet de lichtbundel 1' horizontale puntlijnen 41 op de retro-reflec-15 tor 32 aanbrengen. In plaats van een hellende spiegel 27 (zie fig. 8) wordt voorgesteld om een hellend gemonteerde licht-bundeldeflector, zoals aangeduid is door de pijl 44, aan te brengen. Wanneer de lichtdeflector 3, 4 helt, zoals door de dubbele pijl 44 is aangegeven, zullen de lijnen 41 op en neer 20 bewegen op de retro-reflector 32. Een dergelijke kantelbewe-ging kan indien men wenst tot stand gebracht worden door een stappenmotor 45, die gekoppeld is met de lichtdeflector met behulp van een band 46 zodat deze voorwaarts en achterwaarts gaat hellen.Fig. 9 shows a variant of the embodiment from Fig. 8 in which a bottle 18 moves on a conveyor belt 31. A light beam 1 is emitted from the light emitter 2 and deflected by the light deflector 3, which is driven by the motor 4. A detector 11 with the associated amplifier 11 '(not shown in the previous figures) is also provided. In the concept of FIG. 9, the light beam 1 'must provide horizontal dot lines 41 on the retro reflector 32. Instead of an inclined mirror 27 (see Figure 8), it is proposed to provide an inclined mounted light beam deflector, as indicated by arrow 44. When the light deflector 3, 4 is inclined, as indicated by the double arrow 44, the lines 41 will move up and down 20 on the retro reflector 32. Such tilting movement can be accomplished if desired by a stepper motor 45 which is coupled to the light deflector by means of a band 46 so that it inclines forward and backward.

25 In de uitvoering volgens fig. 10 moeten de licht bundels nagenoeg evenwijdig over de detectiezone bewegen. Volgens de uitvinding wordt voorgesteld om een collimerend optisch element 47 te gebruiken van een type dat op zichzelf bekend is, bijvoorbeeld een holografische lens. Het voordeel 30 van dit concept is dat een volledige onafhankelijkheid wordt verkregen van de afstand van het voorwerp tot de retro-reflector 5; 32 (parallaxfout) aangezien de lichtbundels 10' nagenoeg evenwijdig over de detectiezone lopen. In de uitvoering volgens fig. 10 geldt hetzelfde als voor wat betreft de 35 voorgaande figuren dat wil zeggen dat deze uitvoeringsvorm gebruikt kan worden voor een-dimensionale of twee-dimensiona-le rasterbeelden evenals bij de figuren 8 en 9 en met continu of pulserend licht afhankelijk van het type retro-reflector, .8800271 & -11- zie de figuren l, 2, 2a, 3-7.In the embodiment according to Fig. 10, the light beams must move almost parallel over the detection zone. According to the invention it is proposed to use a collimating optical element 47 of a type known per se, for example a holographic lens. The advantage of this concept is that complete independence is obtained from the distance of the object from the retro reflector 5; 32 (parallax error) since the light beams 10 'run almost parallel across the detection zone. In the embodiment according to Fig. 10 the same applies as for the previous figures, that is to say that this embodiment can be used for one-dimensional or two-dimensional raster images as well as for Figures 8 and 9 and with continuous or pulsating light. depending on the type of retro reflector, .8800271 & -11- see figures 1, 2, 2a, 3-7.

Het is een aanzienlijk voordeel van de onderhavige uitvinding, dat de retro-ref lector reflecterend materiaal kan zijn dat op zichzelf bekend is. Er kan dus een zeer goedkope 05 retro-reflector worden verkregen. Een voordeel van de retro-reflector is, dat deze steeds licht in dezelfde hoofdrichting zal reflecteren als waarin het licht invalt.It is a significant advantage of the present invention that the retro-reflector may be reflective material known per se. Thus, a very inexpensive 05 retro reflector can be obtained. An advantage of the retro reflector is that it will always reflect light in the same main direction as the light enters.

Een alternatief voor de getekende en beschreven lichtdeflectiemiddelen is het gebruik van een holografische 10 deflector in plaats van een roterende of oscillerende spiegel. Een lichtdeflecterend middel in dit verband is dus elk denkbaar technisch element met behulp waarvan het technische effect, dat is getekend en beschreven, kan worden verkregen.An alternative to the drawn and described light deflection means is to use a holographic deflector instead of a rotating or oscillating mirror. Thus, a light-deflecting means in this context is any conceivable technical element by means of which the technical effect that has been drawn and described can be obtained.

Over fig. 10 wordt opgemerkt dat het collimerende 15 optische element 47, indien gewenst, een normale lens kan zijn zelfs alhoewel een holografische of een Fresnel lens het meest geschikt is. In de uitvoering van fig. 10 kan de paral-laxfout die zich kan voordoen bij de uitvoeringen volgens de figuren 1, 3, 8 en 9, worden vermeden. Om te waarborgen dat 20 de eenduidige detectie mogelijk is, is het dus van belang dat de te meten voorwerpen in overeenstemming met wat is gezegd aan de hand van de figuren 1-4, 8 en 9 de retro-reflector op een specifieke afstand passeren.About Fig. 10, it is noted that the collimating optical element 47 may, if desired, be a normal lens even though a holographic or a Fresnel lens is most suitable. In the embodiment of FIG. 10, the parallel error which may occur in the embodiments of FIGS. 1, 3, 8 and 9 can be avoided. In order to ensure that unambiguous detection is possible, it is therefore important that the objects to be measured pass the retro reflector at a specific distance in accordance with what has been said with reference to Figures 1-4, 8 and 9.

Andere modificaties van de inrichtingen alsmede 25 technische equivalenten ervan zijn mogelijk binnen het raam van de uitvinding.Other modifications of the devices as well as technical equivalents thereof are possible within the scope of the invention.

Met behulp van de onderhavige uitvinding kan een naar verhouding dure vezeloptische detectorkolom en een kritische afstelling daarvan worden vermeden door gebruik te ma-30 ken van laserdiodes die bestuurbaar zijn en een langere levensduur hebben dan de bekende gaslasers terwijl ze bovendien goedkoper zijn, de onderhavige inrichting kan worden geïmplementeerd met aanzienlijk lagere kosten dan de techniek die beschreven is in het eerder genoemde Amerikaanse octrooi-35 schrift 4 055 834.Using the present invention, a relatively expensive fiber optic detector column and a critical adjustment thereof can be avoided by using laser diodes which are controllable and have a longer service life than the known gas lasers while also being cheaper, the present device can be implemented at a significantly lower cost than the technique described in the aforementioned U.S. Patent 4,055,834.

In de onderhavige inrichting zijn er slechts actieve componenten aan één zijde van de transporteur, dat wil zeggen de laser, de lichtbundeldeflectormiddelen met de bij- .8800271 -12- behorende motor en detector 11. De inrichting volgens de uitvinding is dienovereenkomstig eenvoudig en goedkoop te vervaardigen en kan ook heel compact worden gemaakt. Tengevolge van het feit dat deze componenten slechts aan één zijde van 05 de transporteurs zijn opgesteld, zijn ze onafhankelijk van trillingen. Trillingen doen zich dikwijls voor met name bij gebruik van een transporteur. Kleine trillingen van de retro-reflector zijn van geen belang voor het gedrag van de retro-reflector.In the present device, there are only active components on one side of the conveyor, i.e. the laser, the light beam deflector means with the associated motor and detector 11. The device according to the invention is accordingly simple and inexpensive to use. and can also be made very compact. Due to the fact that these components are arranged on only one side of the 05 conveyors, they are independent of vibrations. Vibrations often occur especially when using a conveyor. Small vibrations from the retro reflector are not important for the behavior of the retro reflector.

10 De afstelling van de onderhavige inrichting zal eenvoudiger zijn dan tot nog toe eerst en vooral omdat het reflecterende materiaal een arbitraire breedte kan hebben. Wanneer de laser, de lichtbundeldeflector en de detector aan één zijde van de transporteur zijn opgesteld, vervalt de eis 15 van een stijf frame dat de laser en de lichtbundeldeflector i met de detector verbindt, zie bijvoorbeeld het Amerikaanse octrooischrift 4 055 834. De reflector zal zelf steeds de ontvangen lichtbundel reflecteren in precies dezelfde richting als waarin de bundel werd ontvangen. De retro-reflector 20 kan van elk bekend type zijn, bijvoorbeeld een zogenoemde bol van een prismatische reflector.The adjustment of the present device will be simpler than hitherto first and foremost because the reflective material may have an arbitrary width. When the laser, the beam deflector and the detector are disposed on one side of the conveyor, the requirement of a rigid frame connecting the laser and the beam deflector i to the detector is eliminated, see, for example, U.S. Patent 4,055,834. always reflect the received light beam in exactly the same direction as in which the beam was received. The retro reflector 20 can be of any known type, for example a so-called sphere of a prismatic reflector.

.88002718800271

Claims

An apparatus for generating, detecting and characterizing a raster image of the contour of an object (18), wherein a narrow concentrated light beam (11) black is emitted a first dispersion angle to 05 a light beam deflector (3), which repeats the light beam in a plane (19) through which the object (18) is guided, is swung, and the light beams (10), which are not shielded by the object, are received and opto-electrically converted into electrical signals, which characterize are for the incremental parts of a raster image of the object (18), which electrical signals are processed to obtain a characteristic representation of the contour of the object (18), characterized in that a retro-reflector (5, 32) is present such that the light beams (10) 15 which are not shielded by the object (18) are reflected in that plane (19), and the detector (11) detects the reflected light beams (10) capture and transform them into the electrical signals.

Device according to claim 1, characterized in that the retro-reflector (5) is provided with a number of narrow, non-reflecting mutually separated strips, which are arranged over a main part of its area.

Device according to claim 1, characterized in that a grating (33) comprising a number of narrow alternating non-reflecting (34) and transmissive (35) strips are provided in the same direction in the path of the radiation of the waving beam.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a light beam detector (11) is placed behind the light beam deflector (3) viewed in the direction of the reflected light beams, which light beam deflector (3) is constructed and dimensioned and that the light beam detector (11) is positioned such that the light beam deflector (3) will shield only part of the light cone 35 of the reflected light beams (10).

Device according to one or more of claims .8800271-14-1-3, characterized in that a beam splitter (15) is placed in the path of the radiation of the swinging light beam (1 ') and the reflected light beams ( 10) and that the light beam detector (11) is arranged such that a part (10 ') 05 of the reflected light beams (10) are deflected to the light beam detector (11).

Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an inclined mirror (16) is placed in the radiation path of the swinging light beam (1 ') and the reflected light beams (10), which mirror is designed such that the reflected light beams (10) are deflected at an angle to the light beam detector (10) and that the mirror is provided with a slot (17), which allows the swinging light beam (1 ') to be unobstructed by the mirror (16) falls.

7. Device according to one or more of the foregoing. claims, characterized in that the emitted light beam is a continuous light beam.

8. Device according to one or more of claims 1, 2, 4-6, characterized in that the emitted light beam is a pulsed light beam.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light beam deflector consists of at least one movable mirror (3; 21 ').

Device according to claim 9, characterized in that the movable mirrors (3; 27) are rotated or oscillated.

11. Device as claimed in one or more of the claims 1-8, characterized in that the light beam deflector consists of a holographic deflector, for instance a rotating holographic plate.

Device according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the light beams pass through said plane (19) at substantially the same angle with respect to the horizontal, the swinging light beams through a collimating optical element. (47) before they reach the retro reflector.

Device according to one or more of the claims. 8 8 0 0271 'i -15- 1-12, characterized in that the emitted and reflected light beams change the direction of radiation as a result of an additional mirror (27, 27').

Device according to claim 13, characterized in that the additional mirror is stationary and inclined.

Device according to one or more of claims 1, 4-13, characterized in that the additional mirror (27 ') is placed such that it can oscillate to form a two-dimensional grid of light points on the retro- Reflector (32).

Device according to one or more of claims 1, 4-13, characterized in that the light beam deflector (3) is provided with a two-dimensional raster image of light points on the retro-reflector (32). means (44, 46) for reciprocating its axis in the forward and reverse directions in a plane perpendicular to the deflection plane (41) of the light beam.

Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the light beams (11) which are unshielded by the object are reflected (10) at a second angle which is equal to or greater than the first distribution angle. . 8800271